空蚀实验装置的超声振动系统及其变幅杆研制

空蚀是水力机械常见的失效破坏形式,常用超声空蚀实验装置来研究空蚀过程及材料的抗空蚀性能。针对超声空化原理及超声空蚀实验装置的要求,利用变截面的波动方程和传统变幅杆的设计理论设计了圆锥复合变幅杆;通过ANSYS软件对变幅杆进行模态分析和谐响应分析,并对其进行多尺寸结构优化设计,以获得最优尺寸参数;根据优化参数研制了圆锥复合变幅杆,将其与换能器和工具头联接构成装置的超声谐振系统,并进行了阻抗分析和振动性能测试,结果表明变幅杆振动效果良好、满足超声空蚀实验装置的要求。

一款高增益双脊喇叭天线

为了满足实际干扰测试需求,设计了一款脊上开槽的超宽带高增益双脊喇叭天线。首先,首次引入二次Bezier曲线作为脊的渐变曲线并验证了该曲线的可行性,天线的电压驻波比(VSWR)带宽为2 GHz~18 GHz;然后,通过加入楔形块和采用锥形渐变脊,成功地解决了天线高频增益下降和辐射方向图畸变的问题;最后,通过在脊上开锥形槽,进一步降低了低频段的VSWR。仿真结果表明天线在2 GHz~18 GHz内的VSWR小于1.9,在5 GHz~17 GHz内小于1.5,且在不加载介质透镜的情况下,高频增益稳定在18 dBi以上。实测结果表明天线的VSWR和增益与仿真结果吻合,可用于天线干扰测量系统和高增益反射面天线的馈源。

一种表面波衰减率测量方法研究

介绍了雷达吸波材料表面波衰减率的重要性以及测量方法,从雷达方程入手分析出近场条件下测量雷达散射截面(RCS)的各影响因素,通过分析得出发射天线和接收天线的波束宽度和间距成为近场测量RCS的重要误差来源。提出了增大方向图1 dB波束宽度并减小发射天线和接收天线间距来减小测量误差的方案,设计制作了8~12 GHz圆锥喇叭天线,具有良好的圆对称性,1 dB波束宽度达到22°。组建了近场RCS测试系统,以金属立方体作为目标开展了测试系统验证试验,与理论值相比RCS曲线峰值之差小于0.5 dB,平均值之差小于0.2 dB,具有较高的测量精度。使用组建的近场RCS测试系统开展表面波衰减率测量试验,与紧缩场测量结果之差为0.38 dB,实现了近场条件下表面波衰减率的准确测量。

E面和H面方向图等化的双模圆锥喇叭设计

介绍用于7.3 m Cassegrain天线的高功率馈源喇叭的设计。为使E面和H面方向图在照射区域内具有高的等化度,选择双模圆锥喇叭作为馈源的结构形式。由于高功率源采用BJ-32波导输出信号,故馈源系统中还应包含一个矩形到圆形的模式转换器,将TE10模转换为TE11模。设计了双模圆锥喇叭和模式转换器,并进行了功率容量估算。测试结果表明,所设计的馈源达到了设计要求,理论计算结果和实验测试数据吻合良好。

3mm圆锥喇叭聚焦天线的理论与仿真

介绍了基于传统光路法的聚焦透镜的设计方法。利用电磁仿真软件计算了透镜置于圆锥喇叭口的3mm聚焦透镜天线的性能。根据圆锥喇叭最大方向系数及现有文献公式确定喇叭张角,仿真得到天线聚焦性能不够理想。然后仿真了张角12°,20°,30°三种天线聚焦性能,其焦距随张角增大而增大,逐渐接近所设计焦距。从而验证了光路法需电磁波长相对喇叭口径足够小的结论。给出了喇叭张角12°,20°,30°三种天线焦平面上电场分布。喇叭张角30°天线焦斑小于2倍波长。

圆锥形复合变幅杆纵-扭复合振动的实现

为解决纵-扭复合振动超声加工中复合振动的实现难题,对单激励纵-扭复合振动圆锥形复合变幅杆展开研究。基于变截面杆一维纵向振动和扭转振动理论,推导出圆锥形复合变幅杆纵向振动和扭转振动的频率方程,并确定其振动特性参数。阐释了单激励下圆锥形复合变幅杆纵-扭复合振动的实现机理,并通过应用实例给予验证。理论计算、数值分析与测试结果表明,选择合适的几何结构参数,圆锥形复合变幅杆可以实现纵-扭复合振动。

一种双频段圆锥喇叭天线的设计

介绍了一种双频段圆锥喇叭天线的设计。作为星载阵列天线单元的圆锥喇叭天线需要满足20/30GHz双频段工作的需要。此处采用在光壁圆锥喇叭内加载一个外形渐变的金属柱体来改变天线的输入阻抗,调节金属柱体的尺寸,包括两端的口径和长度,可以在要求的频段得到理想的输入阻抗。仿真分析和实验测试结果说明该天线具有满意的频带特性和方向图特性。

一种圆锥形变幅杆弯曲振动固有频率的计算方法

提出了一种圆锥形变幅杆弯曲振动固有频率的计算方法;先忽略剪切变形和惯性矩作用,基于Euler-Bernoulli杆理论求解出固有频率初值,再计入二者的作用进行弯曲振动固有频率的修正。应用有限元分析法和模态实验测试对该方法进行验证,理论结果与实验结果吻合,误差<5%。基于该方法编写程序,实现了弯曲振动变幅杆结构的主动设计。

大截面超声珩磨圆锥形变幅杆设计

基于瑞利近似理论对大截面超声珩磨圆锥形变幅杆的纵向振动频率进行修正,给出了频率修正表达式。对一组超声珩磨圆锥形变幅杆进行理论计算和有限元模拟分析,结果与一维纵向振动理论值相比,频率修正值更接近于数值计算值。而当径长比R1/l>0.4时,模态振型伴随弯曲或扭转振动,此时瑞利近似理论已不再适用。与一维纵向振动理论相比,修正频率表达式适用范围更大,对大截面超声珩磨圆锥形变幅杆的工程应用具有一定的指导意义。

结构因素对圆锥喇叭电性能影响的仿真分析

馈源是射电望远镜天线系统的一个重要组成部分,其性能将直接影响整个天线系统的电性能。针对射电望远镜天线系统中典型的圆锥喇叭馈源,通过三维电磁仿真软件(CST STUDIO SUITE 12.0)进行建模,分析了不同圆锥度、椭圆度及不圆度对圆锥喇叭馈源远场方向性的影响。结果表明:口径面的椭圆度在一定范围内变化时,对圆锥喇叭馈源方向性的影响较小,且其回波损耗小于-15 dB;圆柱波导段的圆锥度大于1∶20时,圆锥喇叭的效率会受到一定的影响;不圆度的影响则较大。文中得到的结构因素对圆锥喇叭馈源电性能影响的研究结果,对射电望远镜天线系统中圆锥喇叭馈源的设计和制造具有一定的参考作用。

X波段圆极化天线的设计与实验

介绍了一种圆极化宽带圆锥喇叭天线,用于地检设备子系统中。天线的圆极化性能是通过金属螺钉在圆波导的管壁对称地插入,等间隔排列来实现的,螺钉直径与插入深度由计算得出。为实现信号低反射馈入,馈电端口采用了矩-圆波导转换器,完成了从矩形波导过渡到圆形波导。天线的辐射器采用了传统的圆锥喇叭。使用CST微波工作室仿真该天线,并调整各部分的尺寸,使得天线性能最优化。实验测量数据与仿真结果吻合较好,在400 MHz的工作带宽内,天线增益大于14.5 dB,增益平坦度好,轴比小于1.5 dB,驻波比小于1.2。

超声振动钻削声学系统的设计研究

通过对超声振动钻削系统的理论分析 ,给出了不同的纵向振动圆锥形变幅杆设计公式 ,分析了面积系数与谐振长度、位移节点、极大值点、放大系数和形状因素之间的关系。用实例分析了几种变幅杆的不同点 ,并指出设计超声振动钻削声学系统时推荐采用复合变幅杆。

一种S波段高功率微波馈源系统的设计

在高功率微波辐射技术中,馈源系统是天线系统的最终功率容量限定因素,因此高功率馈源系统的设计成为关键。本文设计了一种S波段高功率微波天线的馈源系统,该系统由双模圆锥喇叭和矩-圆模式转换器两部分组成。理论设计与电磁仿真和实际测试的结果基本吻合,E面和H面方向图在照射区域内等化良好(误差电平≤1dB),功率容量达到150MW,且该馈源系统已成功应用于7.3m卡塞格仑高功率微波天线。

一种高功率多模喇叭天线

为满足高功率微波系统对天线的需求,设计了一种覆盖15.9～21.8 GHz频带的多模喇叭天线,并研究了其高功率性能。仿真计算表明,该喇叭天线在频带内驻波<1.2,并具有良好的辐射特性。在16.3～20.8 GHz满足E面和H面方向图在20 dB范围内等化度良好,且喇叭输出功率达526 MW时不会出现击穿现象。

倒锥形复合变幅杆的动力学分析

基于传统圆截面变幅杆的设计理论,利用波的纵振动方程求解倒锥形复合变幅杆的谐振频率、节点位置和放大系数等性能参数。利用WORKBENCH软件的模拟仿真功能,建立倒锥形复合变幅杆的有限元模型,对变幅杆进行包括模态和谐响应在内的动力学分析。通过分析变幅杆对称面上的等效应力云图,获得变幅杆在工作状态下应力集中的位置,为变幅杆的工艺优化提供可靠的指导,同时也为形状复杂的变截面复合变幅杆的设计和分析提供了新的方法。

加脊加扼流槽圆锥喇叭的实验研究及其应用

提出一种小尺寸加脊加扼流槽圆锥喇叭，其口径尺寸为1.3λ,圆锥段长度仅为1λ,在频度9.32GHz^9.42GHz内具有等化特性，E面和H面相位中心重合，喇叭口面最大相位差<40°。用作F/D0.35抛物面反射器的前馈馈源因其—3dB、—10dB和—20dB的波束宽度较宽而边缘（6/2=71°）馈电电平较低，故能得到较高的增曾和较低的副瓣电平。

宽角覆盖多波束反射面天线设计

给出了一种双圆极化多波束反射面天线,具有高增益和宽角度覆盖的辐射特性。给出的天线由两部分组成:一个是以高效多模圆锥喇叭天线为单元组成的馈源阵,一个是侧馈双偏置卡塞格伦(SFOC)天线。馈源阵放置于反射面天线的焦平面,共有631个馈源,馈源阵采用蜂窝状布阵方式。该天线工作于Ku频段,工作带宽为13.3%,整个工作频段内可实现20°×9°的波束覆盖范围,在该范围内波束覆盖增益优于42dBic。

C频段高增益低旁瓣天线馈源设计

测控系统中的收发天线要求有较好的隔离度,收发天线系统的旁瓣要尽可能地小,要达到这样的要求往往天线的成本很高。文中设计了一种加扼流环的圆锥喇叭来作为抛物面的馈源,实现低成本的高增益、低旁瓣的收发天线系统。实验结果表明加扼流环的圆锥喇叭照射抛物面的天线具有低副瓣、高增益的特点,实现简单,性能优越。本文的结果已经应用到某C频段测控系统中。

改进型Potter喇叭的一种优化设计方法

提出了一种设计改进型Potter喇叭的优化方法,并用该方法设计制作了一个带宽为11.7～12.2GHz,-13dB的波瓣宽度为56°的改进型Potter喇叭,最后做了实验,得到了令人满意的结果。

喇叭天线波辦等化设计的新方法——口面相差法

介绍一种利用口面相差实现喇叭天线波瓣等化设计的新方法,以圆锥喇叭天线为例进行了详细分析,最后介绍了一个工程应用实例。